У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Лабораторна робота 1~5 Лабораторна робота 1~5 Лабо

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2016-06-20

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 3.2.2025

Лабораторна робота № 1–5

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ ОБЕРТАЛЬНОГО РУХУ
ЗА ДОПОМОГОЮ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА

Мета роботи: експериментальне вивчення законів динаміки обертального руху.

Обладнання: лабораторна установка (маятник Обербека), набір тягарців, штангенциркуль.

Теоретичні відомості

В роботі вивчається динаміка обертального руху. Зокрема, експериментально перевіряється рівняння моментів для обертання навколо нерухомої осі :

=, (1)

де – момент інерції тіла відносно осі ; – кутове прискорення; – сума проекцій на вісь обертання моментів зовнішніх сил. На рис. 1 схематично показаний прилад, за допомогою якого зручно досліджувати рівняння (1). Він називається маятником Обербека. Чотири спиці закріплені на втулці під прямим кутом. На спицях знаходяться муфти масою m кожна. Втулка і шків радіусом r, насаджені на загальну вісь. Вісь закріплена на підшипниках, так що вся система може обертатись навколо горизонтальної осі. Пересуваючи муфти по спицях, можна легко змінювати момент інерції тіла. На шків намотана нитка, до якої прив’язана платформа відомої маси. Нитка перекинута через відхиляючий блок. На платформу кладеться вантаж, нитка натягується і створює обертаючий момент:

=, (2)

Рівняння (1) для маятника Обербека приймає вигляд:

-=, (3)

де – момент сил тертя. Силу натягу нитки можна знайти з рівняння руху платформи з вантажем. У проекції на вісь (див. рис. 1) маємо:

-=, (4)

де – маса платформи з вантажем; – її прискорення. Прискорення зв’язане з кутовим прискоренням співвідношенням:

 але 

 (5)

де – час, за який платформа з вантажем опускається на відстань (за умови, що початкова швидкість дорівнює нулю). З рівнянь (2), (4) і (5) дістаємо:

(),

, (6)

Момент інерції, що входить до рівняння (3) згідно його властивості адитивності:

=+, (7)

де – відстань від центра мас муфт до осі обертання, – момент інерції маятника без муфт.

Опис експериментальної установки

Маятник Обербека (рис. 1) складається із:

1 – шківа радіуса ;

2 – нерозтяжної нитки;

3 – чотирьох спиць;

4 – чотирьох муфт (масою кожна), що вільно пересуваються вздовж спиць і можуть фіксуватись на будь–якій відстані () від осі обертання;

5 – відхиляючого блока;

6 – платформи з вантажем 7 загальною масою .

Висота опускання платформи з вантажем вимірюється лінійкою, що змонтована на колонці стояка. Час опускання фіксується електронним секундоміром.

Проведення експерименту

Провести вимірювання параметрів установки (рис. 1): – висоти опускання платформи з вантажем; – радіуса шківа; – маси однієї муфти.
Результати вимірювань занести в таблицю №1.

Вправа № 1. Перевірка закону динаміки обертального руху, визначення моменту інерції маятника (без муфт – рис. 2).

Закріпіть на платформі вантаж (загальною масою ) і проведіть дослід по визначенню часу опускання платформи (повторити не менше 3–х раз).
Повторити пункт 3 для різних (не менше 5) значень маси .
Результати вимірювань занести в таблицю №2.

Таблиця № 1

,м	,м	,м	,м	,кг	,кг

Таблиця № 2

№	,кг		,c		,с	,рад/с2	,Hм	,кгм2	,Hм
		1	2	3
1.
2.
3.
4.
5.

Вправа № 2. Перевірка закону динаміки обертального руху, визначення моменту інерції маятника навантаженого муфтами (рис. 1).

Збалансуйте маятник. Для цього залиште на хрестовині дві муфти на двох протилежних спицях на однакових відстанях від осі обертання і добийтесь рівноваги. Потім точно збалансуйте муфти на другій парі спиць на тій же відстані - так як показано на рисунку 1.
Закріпіть на платформі вантаж (загальною масою ) і проведіть дослід по визначенню часу опускання платформи. Дослід повторити не менше 3–х раз.
Повторити дослід для різних (не менше 5) значень маси .
Результати вимірювань занести в таблицю № 3.

Таблиця № 3

№	,м	,кг		,c		,с	,рад/с2	,Hм	,кгм2	,кгм2 теорія	,Hм
			1	2	3
1.
2.
3.
4.
5.

Обробка результатів

За результатами вимірювань вправи № 1 розрахувати середнє значення часу , кутові прискорення і моменти зовнішньої сили за формулами (5) і (6).
Побудувати графік 1 залежності  (пряму, яку схематично показано на рис. 3).
За графіком визначити величини та , момент сил тертя .
За формулою (8) розрахувати значення моменту інерції маятника без муфт.
Результати розрахунків занести в таблицю № 2.

=. (8)

За результатами вимірювань вправи № 2 розрахувати середнє значення часу , кутові прискорення і моменти зовнішньої сили за формулами (5) і (6).
Побудувати графік 2 залежності  (пряму, яку схематично показано на рис. 3)
За графіком визначити величини та , момент сил тертя .
За формулою (9) розрахувати значення моменту інерції маятника з муфтами :

=. (9)

Обчислити теоретичне значення моменту інерції за формулою (7) і даними таблиці № 2.
Похибку розрахунків оцінити стандартними методами.
Результати розрахунків занести в таблицю № 3.

Контрольні питання

Дати визначення моменту інерції тіла і моменту сили відносно осі обертання.
Вивести основне рівняння динаміки обертального руху з другого закону Ньютона.
У чому полягає суть властивості адитивності моменту інерції? Як ця властивість використовується в роботі?

Література

Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: у 3-х кн. Кн. 1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Вища шк., 1995. – C. 51-57, С. 59-60.
Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики. У 2-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001. – с. 89-104.
Фізичний практикум, ч.1.: Посібник (В.П.Дущенко, В.М.Барановський та інші). – К.: Вища школа, 1981.
Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механика. Молекулярная физика.– М.: Наука, 1987. – с. 131-161.
Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механіка. Молекулярная фізика. – М.: Наука, 1974 – с. 59-70.
Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика. - М.: Просвещение, 1987. – с. 121-136, с. 142-144.
Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Берклеївський курс фізики. Механика. - М.: Наука, 1975. – 258-284.
Руководство к лабораторным занятиям по физике (под ред. Л.Л. Гольдина) – М.: Наука ,1973.

стор. 1 з 4

Рис. 2

Рис. 3.

EMBED Equation.3

d=2r

Рис. 1